Das Maximum herausholen

Hochauflösende schnelle ADCs brauchen ADC-Treiber

9. September 2022, 8:30 Uhr | Von Kevin Tretter, Senior Product Marketing Manager bei Microchip Technology

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die Lösung des Problems: ADC-Treiber

Es ist eine große Herausforderung, die erforderliche Sensorsignalintegrität aufrecht zu erhalten, um die Vorteile dieser ADCs mit höherer Auflösung und höherer Geschwindigkeit voll ausschöpfen zu können. Mit zunehmender Auflösung und Geschwindigkeit des ADCs werden die Auswirkungen von Rauschen und Verzerrungen des Sensorsignals deutlicher. Bei höheren ADC-Abtastgeschwindigkeiten ist darauf zu achten, dass sich das Eingangssignal vor der Abtastung stabilisiert hat und dass Signale mit höherer Bandbreite nicht in die interessierende Signalbandbreite zurückfallen.

Um diese Herausforderungen bei der Signalkonditionierung zu bewältigen, erfordern viele ADC-Anwendungen einen ADC-Treiber, der ausreichendes Einschwingen und Anti-Aliasing bietet. Wie bereits erwähnt, verfügen die meisten modernen ADCs über eine differenzielle Eingangsarchitektur. Eine der Hauptfunktionen des ADC-Treibers ist die Umwandlung des eingehenden Signals von asymmetrisch (Single-Ended) auf differenziell (obwohl er genauso gut auch ein differenzielles Eingangssignal verarbeiten kann).

Eine weitere Funktion des ADC-Treibers ist die Pufferung des Eingangssignals, wodurch der Rest der Schaltung von der Ladungsinjektion am Eingangsknoten des ADC isoliert wird. Der ADC-Treiber liefert eine sofortige Ladung, um sicherzustellen, dass der Abtastknoten innerhalb der Track-Zeit einschwingt, wodurch jegliche Verzerrung im Zusammenhang mit dem Einschwingen minimiert wird. Das Layout des ADC-Treibers und des Wandlers auf der Platine muss so gestaltet werden, dass der Leiterbahnwiderstand zwischen dem Treiberausgang und dem ADC-Eingang minimal ist.

MCP6D11
Der Differenzialtreiber MCP6D11
© Microchip Technology

Die meisten ADC-Treiberverstärker bieten auch einen Hardware-Pin, mit dem der Nutzer die Gleichtaktspannung verschieben kann. Diese Funktion stellt sicher, dass das resultierende Differenzsignal innerhalb des Eingangsspannungsbereichs des ADC zentriert ist, was den Dynamikbereich maximiert. Da die Betriebsspannungen weiter nach unten tendieren, wird der Dynamikbereich noch wichtiger, um die volle Auflösung des Eingangssignals zu gewährleisten.

Schließlich können ADC-Treiber, ähnlich wie die meisten Verstärker, sowohl das Eingangssignal verstärken als auch eine aktive Filterung bereitstellen. Zu beachten ist, dass die meisten ADC-Treiber mit einer relativ niedrigen Verstärkung spezifiziert sind – meist nur 1 oder 2 V/V. Wird die Kreisverstärkung des Verstärkers niedrig gehalten, maximiert sich die Schleifenverstärkung, was zur geringsten Verzerrung führt. Weist ein Verstärker beispielsweise eine Leerlaufverstärkung von 100 dB auf und ist für eine Kreisverstärkung von 200 oder 46 dB konfiguriert, bleibt nur eine Leerlaufverstärkungsreserve von 54 dB, um Linearität sicherzustellen, also etwa ein Teil von 500. Daher ist es üblich, eine separate Verstärkungsstufe in der Nähe der Signalquelle vorzusehen, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu maximieren.

Die zunehmende Verbreitung von Sensoren in zahlreichen Endmärkten hat einen zusätzlichen Schwerpunkt auf Signalkonditionierungsschaltungen gelegt. Die Kosten für ADCs mit hoher Auflösung und höherer Geschwindigkeit sinken zwar weiter, aber es wird immer schwieriger, diese Leistungsverbesserung auch umzusetzen.

Um das Beste aus dem Datenwandler herauszuholen, ist der ADC-Treiber entscheidend für eine optimale Leistungsfähigkeit, während er dem Quellensignal vernachlässigbare Verzerrungen, Rauschen und Einschwingzeitfehler hinzufügt. Spezialbausteine wie der Differenzialtreiber MCP6D11 wurden speziell dafür entwickelt, die Leistungsfähigkeit von Hochgeschwindigkeits-ADCs mit hoher Auflösung zu maximieren.


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